Многомировая интерпретация (ММИ), также известная как интерпретация Эверетта, — это одна из интерпретаций квантовой механики, предложенная американским физиком Хью Эвереттом III в 1957 году. Она предлагает объяснение парадоксов квантовой механики, таких как проблема измерения и принцип суперпозиции, без необходимости введения дополнительных механизмов, таких как коллапс волновой функции, характерный для Копенгагенской интерпретации. ММИ предполагает, что все возможные исходы квантового события реализуются в отдельных, параллельных вселенных, которые не взаимодействуют друг с другом.
Основные положения ММИ
- Универсальная волновая функция:
- В квантовой механике состояние системы описывается волновой функцией, которая содержит информацию о всех возможных состояниях системы. В Копенгагенской интерпретации предполагается, что при измерении волновая функция "коллапсирует", выбирая один определённый исход.
- ММИ отвергает идею коллапса. Вместо этого она утверждает, что волновая функция никогда не коллапсирует и продолжает эволюционировать в соответствии с уравнением Шрёдингера. Эта универсальная волновая функция описывает всю реальность, включая все возможные исходы квантовых событий.
- Разветвление вселенных:
- Когда происходит квантовое событие (например, измерение спина частицы), универсальная волновая функция "разделяется" на несколько ветвей, каждая из которых соответствует одному из возможных исходов. Например, если спин частицы может быть "вверх" или "вниз", то образуются две ветви: в одной вселенной спин "вверх", в другой — "вниз".
- Каждая ветвь представляет собой полноценную, независимую вселенную, которая продолжает развиваться самостоятельно. Эти вселенные не могут взаимодействовать друг с другом после разделения.
- Отсутствие привилегированного исхода:
- В ММИ нет "выбора" одного исхода над другими. Все возможные исходы равноправны и происходят в своих собственных ветвях реальности. Это устраняет проблему субъективности измерения, поскольку наблюдатель в каждой ветви воспринимает только свой собственный исход.
- Декогеренция:
- Важным механизмом в ММИ является квантовая декогеренция, которая объясняет, почему разные ветви вселенной не взаимодействуют. Декогеренция возникает из-за взаимодействия квантовой системы с окружающей средой, что приводит к потере квантовой когерентности между различными состояниями. Это делает ветви независимыми и создаёт иллюзию "классической" реальности в каждой из них.
Исторический контекст и развитие
- Происхождение:
- Хью Эверетт разработал ММИ в своей докторской диссертации в Принстонском университете под руководством Джона Уилера. Его работа, опубликованная в 1957 году под названием "Теория относительного состояния", изначально не получила широкого признания, так как доминировала Копенгагенская интерпретация, поддерживаемая Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом.
- Эверетт был разочарован холодным приёмом своей идеи и вскоре покинул академическую физику.
- Возрождение интереса:
- В 1970-х годах физики, такие как Брайс ДеВитт, популяризировали ММИ, назвав её "многомировой интерпретацией". ДеВитт подчёркивал, что ММИ предлагает онтологически более простое объяснение квантовой механики, устраняя необходимость в коллапсе.
- В 1980-х и 1990-х годах развитие теории декогеренции (работы Войцеха Журека и других) дало ММИ более прочную теоретическую основу, объясняя, как ветви становятся независимыми.
Пример: Кот Шрёдингера
Классический мысленный эксперимент Эрвина Шрёдингера с котом иллюстрирует ММИ. В эксперименте кот находится в коробке с механизмом, который с вероятностью 50% может убить его, в зависимости от распада радиоактивного атома. Согласно Копенгагенской интерпретации, кот находится в суперпозиции "жив" и "мёртв", пока коробка не открыта и не произведено наблюдение.
В ММИ:
- Когда происходит квантовое событие (распад атома), вселенная разделяется на две ветви:
- В одной ветви атом распадается, механизм срабатывает, и кот мёртв.
- В другой ветви атом не распадается, и кот жив.
- Наблюдатель, открывающий коробку, также разделяется на две версии: одна видит мёртвого кота, другая — живого. Каждая версия наблюдателя воспринимает только свою ветвь реальности, и для неё результат кажется определённым.
Преимущества ММИ
- Онтологическая простота:
- ММИ не требует дополнительных постулатов, таких как коллапс волновой функции. Всё поведение реальности описывается уравнением Шрёдингера.
- Решение проблемы измерения:
- ММИ устраняет парадокс, связанный с тем, почему измерение "выбирает" один исход. Все исходы происходят, но в разных ветвях.
- Совместимость с декогеренцией:
- Теория декогеренции объясняет, почему мы не наблюдаем квантовых суперпозиций в макроскопическом мире, поддерживая идею независимых ветвей.
- Применение в квантовой космологии:
- ММИ полезна в квантовой космологии, где нет внешнего наблюдателя, чтобы "вызвать" коллапс волновой функции. Например, она используется для интерпретации квантовых флуктуаций в ранней Вселенной.
Критика и проблемы
- Непроверяемость:
- ММИ предполагает существование параллельных вселенных, которые не взаимодействуют с нашей. Это делает её экспериментально непроверяемой, что вызывает скептицизм среди некоторых физиков.
- Проблема вероятностей:
- В ММИ все исходы реализуются, но в квантовой механике вероятности исходов задаются квадратом амплитуды волновой функции (правило Борна). Непонятно, как интерпретировать вероятности, если все исходы происходят. Эта проблема активно обсуждается (например, в работах Дэвида Дойча и Дэвида Уоллеса).
- Философские возражения:
- Идея бесконечного числа параллельных вселенных кажется некоторым учёным чрезмерно экстравагантной (нарушение принципа бритвы Оккама).
- Вопрос о природе сознания наблюдателя в разных ветвях остаётся открытым.
- Сложность объяснения декогеренции:
- Хотя декогеренция помогает объяснить независимость ветвей, она не решает всех вопросов, связанных с тем, как именно происходит "разделение" вселенных.
Современное значение и применение
- Квантовая информатика:
- ММИ вдохновила работы в области квантовых вычислений, особенно в интерпретации параллельных вычислений в квантовых компьютерах. Дэвид Дойч, сторонник ММИ, утверждает, что квантовые компьютеры используют ресурсы параллельных вселенных для выполнения вычислений.
- Философия науки:
- ММИ поднимает глубокие вопросы о природе реальности, детерминизме и роли наблюдателя, что делает её популярной темой в философии физики.
- Поп-культура:
- Концепция параллельных вселенных из ММИ широко используется в научной фантастике, фильмах и книгах (например, в мультивселенной Marvel).
Заключение
Многомировая интерпретация Эверетта предлагает радикальный взгляд на квантовую механику, утверждая, что все возможные исходы квантовых событий реализуются в параллельных, независимых вселенных. Она решает проблему измерения, устраняя необходимость в коллапсе волновой функции, и опирается на строгую математическую основу уравнения Шрёдингера. Несмотря на свою элегантность, ММИ остаётся спорной из-за своей непроверяемости и философских последствий. Тем не менее, она продолжает вдохновлять исследования в физике, философии и квантовых технологиях, оставаясь одной из самых интригующих интерпретаций квантовой механики. |
